硅与信息材料.docx
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硅与信息材料
[学考标准]
1．硅在自然界的存在形式（a）。
2.硅及其化合物（以SiO2和Na2SiO3为例）的重要性质（a）。
3.工业制备高纯度硅的方法（a）。
4.三大硅酸盐产品：
水泥、陶瓷、玻璃（a）。
5.硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用（a）。
一、硅及其化合物的性质
1．硅在自然界的存在形式
硅在自然界中主要以SiO2和硅酸盐的形式存在。
2．硅的物理性质
晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，熔沸点很高，硬度大。
硅晶体导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。
3．化学性质
（1）在常温下只与F2、氢氟酸和强碱溶液反应，其化学方程式分别为：
Si＋2F2===SiF4；Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
（2）在加热时能与O2和Cl2等非金属单质反应，其化学反应方程式分别为：
Si＋O2
SiO2；Si＋2Cl2
SiCl4。
4．工业制法
5．二氧化硅
（1）物理性质：
熔点很高，硬度很大，不溶于水。
（2）化学性质
（Ⅰ）酸性氧化物的通性
①与强碱反应
与NaOH溶液反应的化学方程式为：
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
②与碱性氧化物反应
与CaO反应的化学方程式为：
CaO＋SiO2
CaSiO3。
③高温下与CaCO3、Na2CO3反应：
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑。
（Ⅱ）高温下与碳反应
SiO2＋2C
Si＋2CO↑。
（Ⅲ）特殊性：
与氢氟酸反应
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
6．硅酸钠（Na2SiO3）
（1）物理性质：
白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
（2）化学性质：
它能与较强的酸反应，如与盐酸反应：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与CO2的水溶液反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
（3）用途：
黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
二、含硅的材料
1．三大硅酸盐产品
产品名称
生产原料
主要设备
反应条件或主要反应
陶瓷
黏土
－
高温烧结
玻璃
纯碱、石灰石、石英
玻璃窑
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑
CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑
水泥
黏土、石灰石
水泥回转窑
复杂的物理、化学变化
2.硅、二氧化硅的应用
（1）硅的用途
①作为半导体材料；②生产硅合金；③制造太阳能电池。
（2）二氧化硅的用途
①信息高速公路的骨架——光导纤维
②制造石英坩埚、石英玻璃、石英钟表等；
③制造电子工业的重要部件、光学仪器；
④用作工艺饰品如水晶、玛瑙等。
1．下列物品中，都用到硅单质的是（ ）
A．陶瓷B．硅太阳能电池
C．玛瑙D．光导纤维
解析 B．硅太阳能电池，B项正确；A.陶瓷是硅酸盐产品，C.玛瑙、D.光导纤维的主要成分是二氧化硅，故A、C、D三项错误。
答案 B
2．下列物质属于硅酸盐的是（ ）
A．尼龙绳B．保鲜膜C．青花瓷D．金刚石
解析 尼龙绳、保鲜膜均属于有机化合物，青花瓷属于硅酸盐类，金刚石是碳单质。
答案 C
3．下列关于硅单质及其化合物的说法不正确的是（ ）
A．硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
B．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
C．SiO2广泛用于制作光导纤维
D．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
解析 水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，B错误。
答案 B
4．（义乌模拟）制取水泥和玻璃都需要的原料是（ ）
A．石灰石B．石英C．黏土D．纯碱
解析 制取水泥的原料是石灰石和黏土，制取玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英，故A项符合题意。
答案 A
5．能贮存在带有玻璃塞的磨口试剂瓶里的试剂是（ ）
A．液溴B．氢氧化钾
C．氢氟酸D．水玻璃
解析 液溴具有强氧化性，可以贮存在带有玻璃塞的磨口试剂瓶里，A项正确；氢氧化钾、氢氟酸均可与玻璃中的二氧化硅反应，B、C两项错误；水玻璃具有黏性，可将玻璃塞和试剂瓶黏在一起，D项错误。
答案 A
6．下列物质中不能与SiO2反应的是（ ）
A．氢氟酸B．浓H2SO4
C．烧碱溶液D．Na2CO3固体
解析 SiO2可与烧碱溶液反应，表现出酸性氧化物的性质；SiO2可以与氢氟酸反应；在制玻璃过程中SiO2与Na2CO3固体反应；SiO2不能与浓硫酸反应。
答案 B
7．下列关于硅的说法不正确的是（ ）
A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属单质反应
解析 硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质稳定，常温下可与F2、HF、强碱溶液反应，加热条件下可与O2、Cl2等非金属单质发生反应。
答案 C
8．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。
下列叙述错误的是（ ）
A．硅单质可用来制造太阳能电池
B．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料
C．为防止NaOH溶液变质，常将其保存在磨口玻璃瓶中
D．高温下，二氧化硅能分别与C、CaCO3、Na2CO3发生反应
解析 单质硅能够使太阳能直接转化为电能，故用来制作太阳能电池板，A项正确；玻璃、水泥和陶瓷属于传统的硅酸盐材料，而氮化硅、碳化硅等被称为新型的无机非金属材料，B项正确；NaOH能够与玻璃中的SiO2反应生成具有黏合能力的硅酸钠，将磨口玻璃塞和瓶口黏在一起，无法打开，C项错误；高温下，利用碳制取粗硅：
2C＋SiO2
Si＋2CO↑，水泥的制取中有SiO2与CaCO3的反应：
SiO2＋CaCO3
CaSiO3＋CO2↑，玻璃的制取中有SiO2与Na2CO3的反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑，D项正确。
答案 C
9．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（ ）
A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生
C．普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料
D．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，水玻璃可用作木材防火剂
解析 A项，硅酸钠本身是一种粘合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结；B项，两反应条件不同，反应①是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下CO2是气体，逸出促使②反应发生；C项，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐；D项正确。
答案 D
10．下列说法正确的是（ ）
A．二氧化碳不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸
B．可在试管内完成焦炭和石英砂（SiO2）制取硅的反应
C．二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料
D．CO2、CH4、N2是温室气体
解析 二氧化硅能与HF发生反应，石英器皿成分中含有SiO2，A项错误；在高温下试管会熔化，甚至玻璃试管中的SiO2会与焦炭反应，B项错误；N2不是温室气体，D项错误。
答案 C
11．下列离子方程式的书写正确的是（ ）
A．水玻璃中通入过量二氧化碳：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO
＋H2SiO3
B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：
Ca（OH）2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO
C．硅与氢氟酸的反应：
Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑
D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：
SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
解析 Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiO
，且应生成HCO
，A错；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO
；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。
答案 D
12．下列离子方程式不正确的是（ ）
A．石英与烧碱反应：
SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
B．硅与烧碱反应：
Si＋2OH－===SiO
＋H2↑
C．硅酸钠溶液中通入少量CO2：
SiO
＋CO2＋H2O===CO
＋H2SiO3↓
D．往水玻璃中加入盐酸：
2H＋＋SiO
===H2SiO3↓
解析 硅与烧碱溶液反应时，H2O参与反应，Si＋2OH－＋H2O===SiO
＋2H2↑。
答案 B
13．（宁波模拟）将足量CO2气体通入水玻璃（Na2SiO3溶液）中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（ ）
A．Na2SiO3B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2D．SiO2
解析 将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：
2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：
H2SiO3
H2O＋SiO2；2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O；Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。
答案 A
14．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（ ）
选项
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
解析 刚玉的成分是Al2O3，金刚石的成分是C，A错误；大理石、石灰石的成分是CaCO3；普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融而得的硅酸盐；普通水泥是以黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏而得到的硅酸盐；石英晶体是结晶的二氧化硅，具有不同的晶型和色彩。
答案 A
15．下列离子方程式不正确的是（ ）
A．向烧碱溶液中通入过量的二氧化碳：
2OH－＋CO2===CO
＋H2O
B．向纯碱溶液中通入足量的二氧化碳：
CO
＋CO2＋H2O===2HCO
C．向硅酸钠水溶液中通入少量的二氧化碳：
SiO
＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO
D．向次氯酸钠溶液中通入足量的二氧化碳：
ClO－＋CO2＋H2O===HClO＋HCO
解析 A项错误，通入过量的CO2，应生成HCO
。
答案 A
16．下列关于硅的说法不正确的是（ ）
A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．在常温下，硅的化学性质活泼
D．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
解析 A项，晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色有金属光泽的非金属固体，正确；B项，硅在元素周期表中处于金属和非金属的过渡位置，所以晶体硅的导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，正确；C项，常温下，硅的化学性质不活泼，错误；D项，硅是将太阳能转换为电能的常用材料，正确。
答案 C
17．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
（1）下列物质不属于硅酸盐的是________。
A．陶瓷B．普通玻璃
C．水泥D．生石灰
（2）SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为____________________________________________________________________，
工艺师常用________（填物质名称）来雕刻玻璃。
（3）用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。
Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚D．铁坩埚
（4）工业上常利用反应2C＋SiO2
Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________（填化学式、下同），氧化剂是________。
解析
（1）生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si元素，不属于硅酸盐。
（2）SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。
（3）Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。
SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料（普通玻璃、石英玻璃）以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。
（4）题给反应中C（碳）被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
答案
（1）D
（2）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸 （3）防火剂 D （4）C SiO2
18．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素（用R表示）的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气。
请回答下列问题：
（1）写出各物质的化学式：
A________；B________；C________；D________；E________。
（2）写出反应①的化学方程式：
________________________________________，
该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
（3）写出反应④的离子方程式：
______________________________________________________________。
（4）写出反应⑤的离子方程式：
________________________________________。
（5）H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
解析 解答本题的“突破口
（1）”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。
“突破口
（2）”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。
从而顺藤摸瓜推知B为CaSiO3，D为Si，E为H2SiO3。
答案
（1）SiO2 CaSiO3 Na2SiO3 Si H2SiO3
（2）SiO2＋2C
Si＋2CO↑ 1∶2 （3）Si＋2OH－＋H2O===SiO
＋2H2↑
（4）SiO
＋Ca2＋===CaSiO3↓
（5）SiO
＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO
19．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HCl
SiHCl3＋H2
③SiHCl3与过量H2在1000～1100℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为________________________________
__________________________________________________________________。
（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点－84.7℃），提纯SiHCl3采用的方法为__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：
①装置B中的试剂是____________。
装置C中的烧瓶需要水浴加热，其目的是___________________________________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是____________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________，装置D中发生反应的化学方程式为__________________________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________。
解析
（1）根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应化学方程式为SiO2＋2C
Si＋2CO↑。
（2）因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行。
（3）①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需水浴加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快与H2的反应；②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象为有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1000～1100℃，此温度下普通玻璃容易软化；③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。
答案
（1）SiO2＋2C
Si＋2CO↑
（2）分馏（或蒸馏）
（3）①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体物质生成 在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3＋H2
Si＋3HCl ③排尽装置中的空气
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